[发明专利]一种磁声粒子成像方法及其装置

权利要求书

1.一种磁声粒子成像方法，其特征在于，所述的成像方法为基于电磁与超声耦合的磁性纳米粒子成像方法，由通入脉冲电流的线圈产生脉冲磁场，激励位于病变组织附近和病变组织内的磁性纳米粒子，磁性纳米粒子产生磁致热或磁致力效应，激发超声信号，由超声换能器检测超声信号，重建声源分布，反映磁性纳米粒子分布状态；

所述的成像方法基于由通入脉冲电流的线圈产生脉冲磁场，激励位于病变组织附近和病变组织内的磁性纳米粒子分子探针，脉冲磁场施加于磁性纳米粒子分子探针，磁性纳米粒子分子探针中的磁性纳米粒子产生磁致热或磁致力效应，激发超声信号，超声换能器检测超声信号，重建声源分布，反映磁性纳米粒子分布状态；磁性纳米粒子分子探针由磁性纳米粒子、载体、配体或抗体组成，磁性纳米粒子作为显影剂，用于电磁与超声耦合成像增强对比，配体或抗体用于与肿瘤高表达的受体相结合，磁性纳米粒子分子探针靶向性的与病变组织如癌症组织靶点结合，使得含有磁性纳米粒子的分子探针富集于病变的生物组织部位，并进入病变的生物组织内，实现电磁与超声耦合的分子标记成像；

所述的脉冲磁场激励为多种形式的脉冲电流通入线圈产生，包括以一定重复频率激励的单脉冲激励或具有一定频率连续震荡波作为载波的脉冲调制激励方式，连续震荡波为定频或变频的连续波，脉冲持续时间与超声换能器幅频特性相匹配，激励方式不同，激发磁致热现象的机制不同，在以一定频率连续震荡波作为载波的脉冲调制激励方式和以一定重复频率激励的单脉冲激励下，由于磁驰豫损耗产生磁致热效应或由于磁化能积累产生磁致热效应，两种激励方式各有优势，连续震荡波作为载波的脉冲调制激励方式可采用比单脉冲激励幅值低的电流，单脉冲激励方式可提高探测深度；

电磁与超声耦合过程中声源激发机制满足以下方程：

其中，p(r,t)为位置r处t时刻的声压，c_s为传播速度，β为体膨胀系数，C_p为比热容，S(r,t)为热函数，F(r,t)为力，为F(r,t)的散度。

2.应用权利要求1所述磁声粒子成像方法的成像装置，其特征在于，所述的成像装置由激励系统、电磁-超声耦合转换单元、检测系统、成像与显示单元组成：激励系统用于产生脉冲磁场激励所需的电流，电磁-超声耦合转换单元实现电磁激励到超声信号的转换，检测系统检测、处理并采集超声换能器接收的信号，成像与显示单元用于成像和显示；所述的激励系统的输出端连接电磁-超声耦合转换单元的输入端，电磁-超声耦合转换单元的输出端连接检测系统的输入端、检测系统的输出端连接成像与显示单元的输入端；激励系统输出电流激励信号至电磁-超声耦合转换单元，电磁-超声耦合转换单元输出信号至检测系统，检测系统输出信号至成像与显示单元；所述的激励系统由同步触发控制器、信号发生单元、功率放大单元、线圈激励匹配模块和激励电流采集模块组成；所述的同步触发控制器的输出端分别连接信号发生单元的输入端和检测系统的信号采集系统的输入端，信号发生单元的输出端连接功率放大单元的输入端，功率放大单元的输出端连接线圈激励匹配模块的输入端，线圈激励匹配模块的输出端分别连接电磁-超声耦合转换单元的激励线圈的输入端和激励电流采集模块的输入端；同步触发控制器输出触发信号至信号发生单元和检测系统的信号采集系统，信号发生单元输出驱动信号至功率放大单元，功率放大单元通过线圈激励匹配模块将电流施加于激励线圈，线圈激励匹配模块的输出端输出信号至激励电流采集模块；所述的电磁-超声耦合转换单元由激励线圈、目标体、超声换能器和耦合介质组成，所述目标体包含磁性纳米粒子和病变组织，激励线圈贴近目标体，目标体和超声换能器之间为耦合介质，激励线圈在激励源作用下激发产生变化的磁场，磁场作用于目标体，激发声波，超声换能器检测超声信号；所述的检测系统包括低噪声放大器、带通滤波器、信号采集系统、移动控制系统和移动控制平台，低噪声放大器的输出端连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接信号采集系统的输入端，信号采集系统的输出端与移动控制系统的输入端连接，移动控制系统的输出端与移动控制平台的输入端连接，信号采集系统的输出端连接成像与显示单元的数据处理单元的输入端，电磁-超声耦合转换单元的超声换能器采集超声信号，将超声信号输入至低噪声放大器、低噪声放大器输出放大后的超声信号至带通滤波器，带通滤波器输出滤波后的超声信号至信号采集系统，激励系统中的同步触发控制器输出触发信号至检测系统的信号采集系统，触发信号控制信号采集系统进行同步采集，信号采集系统输出信号至成像与显示单元的数据处理单元，信号采集系统同时通过串口通信与移动控制系统互相通信，移动控制系统输出控制信号至移动控制平台，控制移动控制平台移动超声换能器进行扫描检测，移动控制平台反馈位置信息给移动控制系统；所述的移动控制平台可四轴移动，包括X、Y、Z、T轴，能够进行五个维度的运动，包括X、Y、Z轴三个维度的线性移动和T轴自转和公转式旋转扫描，能够控制超声换能器进行X、Y、Z轴的三个维度平移，进行扇扫和环扫；其中X、Y、Z方向的步进电机分别控制X、Y、Z三个方向的步进运动，T轴方向的旋转电机连接圆盘，并控制圆盘做圆周运动，分别通过第一探测管a、第二探测管b连接第一夹具1和第二夹具2，第一探测管a的一端连接所述圆盘的中心，第一探测管a的另一端连接第一夹具1，第二探测管b的一端连接所述圆盘的边界，第二探测管b的另一端连接第二夹具2，超声换能器可固定于第一夹具1或第二夹具2，超声换能器的轴向对准目标体，用于检测超声信号，分别实现超声换能器的自转扇扫和圆周扫描的公转扫描；所述的成像与显示单元包括数据处理单元、成像模块和图像显示模块，数据处理单元的输出端连接成像模块的输入端，成像模块的输出端连接图像显示模块的输入端，检测系统的信号采集系统输出信号至数据处理单元的输入端，数据处理单元输出信号至成像模块，成像模块输出信号至图像显示模块，实现磁性纳米粒子电磁与超声耦合成像。

3.如权利要求2所述磁声粒子成像方法的成像装置，其特征在于，所述目标体包含磁性纳米粒子分子探针和病变组织。